電感的基本電路模型僅包括直流電阻和固定電感值。直流電阻值將提供非常低的電感耗散估計(jì)值。有兩種方法可以評(píng)估電感的性能。從設(shè)計(jì)人員的角度來看，最方便的方法是運(yùn)行 LTspice 仿真，只需單擊電感元件即可查看仿真過程中的損耗。我們可以對(duì)原理圖中的所有其他元件執(zhí)行此操作，并且它已成為除磁性元件之外每個(gè)元件的標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖 2. 帶 Coilcraft 電感器直流參數(shù)的降壓轉(zhuǎn)換器電路。圖片由 Bodo's Power Systems　　評(píng)估電感器性能的另一種方法是使用組件制造商為轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)開發(fā)的定制工具。對(duì)于此處使用的電感器，已經(jīng)收集了大量數(shù)據(jù)，可以通過運(yùn)行 Coilcraft DC-DC 優(yōu)化器程序 [1] 查看。圖 3 顯示了降壓轉(zhuǎn)換器不同工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)圖。左側(cè)的圖表適用于 200 kHz 操作，輸入電壓從 80 V 到 130 V 不等。（輸出為 24 V，電流為 10 A）。

　　圖 3.  LTspice 仿真結(jié)果顯示直流電感器損耗與 Coilcraft DC-DC 優(yōu)化器的關(guān)系。圖片由 Bodo's Power Systems提供 [PDF]
　　您可以從左側(cè)的圖表中看到，根據(jù) Coilcraft DC-DC 優(yōu)化器提供的數(shù)據(jù)，損耗如何隨著輸入電壓的增加而增加。紅色曲線顯示了直接從LTspice中的電路模擬預(yù)測(cè)的損耗。使用 DC 模型，預(yù)測(cè)的損耗非常低，并且輸入電壓的變化很小。
　　在右圖中，輸入電壓固定在 130 V（最高耗散電壓），頻率從 100 kHz 到 300 kHz 不等。在低頻下，損耗大幅增加。紋波電流更高，磁芯中的磁通偏移更高。這在直觀上并不明顯，因?yàn)槟?jīng)常會(huì)讀到一些論文，聲稱磁損耗會(huì)隨著頻率的增加而增加，而不是減少?！　‰m然可以通過 Coilcraft 軟件獲取電感器損耗的數(shù)據(jù)，但這對(duì)設(shè)計(jì)人員來說并不十分方便。想象一下，如果電路的每個(gè)組件都需要供應(yīng)商提供定制程序來評(píng)估其損耗，那將是多么繁瑣的工作。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，除非零件具有合理準(zhǔn)確的仿真模型，否則您無法出售它。這種期望尚未應(yīng)用于磁性元件。造成這種情況的原因有很多，但不必如此。

　　降壓轉(zhuǎn)換器電路中的高級(jí)電感模型
　　圖 4 顯示了電感器的更高級(jí)仿真模型。除了串聯(lián)直流電阻外，您還可以看到標(biāo)有 Rac 的塊。由于鄰近損耗，繞組的電阻會(huì)隨頻率而增加。還有一個(gè)塊表示電感器的鐵芯損耗。這與鐵芯材料、使用的匝數(shù)和鐵芯尺寸非常相關(guān)。
　　所有交流電阻和磁芯損耗模型的參數(shù)都是借助 RidleyWorks 設(shè)計(jì)軟件 [2] 得出的。本文后面會(huì)介紹這些內(nèi)容?！　D 5 將高級(jí)模型的LTspice 仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與制造商的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。測(cè)量值和模擬值之間的偏差非常小。這正是電路設(shè)計(jì)人員想要的——一個(gè)能夠預(yù)測(cè)模擬損耗的簡(jiǎn)單模型，就像電路中的其他每個(gè)組件一樣。一旦設(shè)計(jì)人員擁有了值得信賴的電路模型，就不再需要使用定制軟件來獲得所需的結(jié)果。您還可以將電路模型置于您喜歡的任何拓?fù)渲校哂腥我怆娐凡ㄐ?，并期望獲得可靠的結(jié)果。

　　圖 4.降壓轉(zhuǎn)換器原理圖中的高級(jí)電感模型。圖片由Bodo's Power Systems 提供 

　　圖 5. LTspice 仿真結(jié)果，高級(jí)電感模型損耗與 Coilcraft DC-DC 優(yōu)化器的關(guān)系圖。圖片由Bodo's Power Systems 提供 
　　需要兩個(gè)元素來匹配電感器中的總損耗。第一個(gè)是繞組損耗，它應(yīng)該與頻率有關(guān)。這是通過圖 6 所示的電路圖實(shí)現(xiàn)的，該電路圖由五個(gè)電感器和五個(gè)電阻器組成。RidleyWorks 自動(dòng)選擇電路值以匹配所需的交流電阻特性?！　≡谥绷鲿r(shí)，網(wǎng)絡(luò)的所有電感器都是短路，剩下的唯一電阻是 R dc。電感器的阻抗會(huì)隨著頻率的增加而增加，從而增加網(wǎng)絡(luò)的電阻。這種類型的電路最初是在 [4] 中為磁繞組建模提出的，并已被少數(shù)幾位研究人員使用了很多年。它是 RidleyWorks 生成的電路模型的基礎(chǔ)。我們還沒有看到任何磁體制造商使用這種電路。

　　圖 6. Coilcraft 電感器的繞組損耗電路模型。圖片由Bodo's Power Systems 提供 
　　提供精確模擬數(shù)據(jù)所需的第二個(gè)要素是良好的磁芯損耗模型。您會(huì)在文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)許多解決磁芯損耗模擬問題的嘗試，但它們都沒有成為主流?！　D 7 顯示了 RidleyWorks 為 Coilcraft 電感器樣本得出的電路模型。這是一組由電感器兩端的電壓驅(qū)動(dòng)的六個(gè)并聯(lián) RL 分支。相關(guān)電壓源用于模擬磁芯損耗與振幅的非線性指數(shù)，而 RL 分支則模擬適當(dāng)?shù)念l率依賴性。

　　圖 7. Coilcraft 電感器的磁芯損耗電路模型。圖片由Bodo's Power Systems 提供 
　　該電路將提供所需的特性——電阻值隨頻率降低，在最低頻率時(shí)磁芯損耗最高。本文的下一部分將進(jìn)一步解釋該模型。
　　我們有理由期待擁有一個(gè)精確的電感器仿真模型，這將為電源設(shè)計(jì)人員提供所需的信息——直接從仿真中發(fā)現(xiàn)的損耗與實(shí)際測(cè)量結(jié)果非常吻合。我們已經(jīng)證明，對(duì)于特定的電感器，這可以可靠地完成，而且工作量相對(duì)較少。我們希望電感器制造商能夠開始為用戶提供此類精確而先進(jìn)的模型，以加快工程師的設(shè)計(jì)過程。